⑸ 바람을 일으키는 힘
① 기압경도력
② 전향력
③ 원심력
④ 마찰력 : 1 km 이하에서만 나타남
⑹ 기압경도에 따르는 바람
① 지균풍(地均風, geostrophic wind)
전향력과 기압경도력의 크기가 같을 때 나타나는 이론적인 바람으로, 고도가 1km보다 높은 곳에서 등압선에 나란하게 부는 바람이다.
지균풍을 불게 하는 상태를 지균(geostrophic balance)이라 한다. 지균풍은 등압선에 평행한 방향으로 분다. 실제 자연에서는 이런 지균 상태는 거의 일어나지 않는다. 실제 바람은 마찰력 따위 다른 힘들의 작용으로 인해 지균에서 벗어나게 된다. 지균풍이 불기 위해서는 마찰이 없어야 하고 등압선이 완전히 직선이어야 한다. 그러나 열대지역을 제외한 대부분 지역의 대기에서 바람은 지균풍에 가깝게 불며, 때문에 지균풍 개념은 1차 근사로서 유효하다.
공기는 압력이 높은 곳에서 낮은 곳 사이에 형성된 기압의 기울기(경도) 때문에 자연히 움직이게 된다(기압경도력). 그러나 공기가 움직이기 시작하는 순간부터 전향력이 작용해 그 방향을 구부러뜨린다. 전향력의 방향은 북반구에서는 진행방향의 오른쪽, 남반구에서는 진행방향의 왼쪽이다. 공기가 움직이는 속력이 커질수록 전향력도 커지고, 마침내 전향력의 크기가 기압경도력과 같아질 때까지 계속 진행방향의 변화가 일어난다. 전향력 = 기압경도력이 되어 지균 상태가 되면 더이상 고기압에서 저기압으로의 흐름은 발생하지 않고, 대신 이미 형성된 등압선을 따라 움직이게 된다. 이것은 저기압계가 북반구에서는 반시계방향으로 회전하고 남반구에서는 시계방향으로 회전하는 이유이기도 하다.
대개 고도 1.5 km 이상의 고고도에서 마찰력의 효과를 무시하고 지균풍이 분다고 가정할 수 있다.
○ 기압경도력과 전향력이 평형을 이루는 바람
○ 1 km 이상에서 등압선이 직선일 때 부는 바람 : 마찰력과 원심력이 없으므로
○ 저위도일수록 풍속이 빠름 : (1/ρ) × ΔP/ΔH = 2vΩ sin φ
② 경도풍(gradient wind)
○ 기압경도력, 전향력, 원심력이 평형을 이루는 바람
○ 1 km 이상에서 등압선이 곡선일 때 부는 바람
○ 고기압성 경도풍
○ 풍향 : 시계방향
○ 코리올리힘 - 기압경도력 = 구심력
○ 코리올리힘 = 기압경도력 + 구심력이므로 지균풍보다 풍속이 빠름
○ 저기압성 경도풍
○ 풍향 : 시계 반대방향
○ 기압경도력 - 코리올리힘 = 구심력
○ 코리올리힘 = 기압경도력 - 구심력이므로 지균풍보다 풍속이 느림
③ 지상풍
○ 기압 경도력, 전향력, 마찰력이 관여함 : 원심력은 관여할 수 있도 안 할 수도 있음
○ 풍향 : 기압경도력 방향의 오른쪽 위쪽으로 비스듬한 방향
○ 경각 : 등압선과 지상풍이 이루는 각. 마찰력이 클수록 고도가 낮을수록 큼
○ 고기압성 지균풍 : 시계 방향으로 발산. 하강기류
○ 저기압성 지균풍 : 시계 반대방향으로 수렴. 상승기류
⑺ 대기의 순환운동에 따른 바람
① 대기 순환규모
○ 공간규모가 클수록 시간규모도 큼
○ 규모가 클수록 연직규모 / 수평규모가 작아짐
② 대기대순환 : 위도별 에너지 불균형에 의해 일어남
A : 해들리 순환(Hadley cell), B : 페렐 순환(Ferrell cell), 나머지 : 극세포 순환
○ 적도무풍대 (0°)
○ 무역풍 (0° ~ 30°) : 동풍
○ 중위도 고기압대 (30°)
○ 편서풍 (30° ~ 60°) : 서풍
○ 고위도 저기압대 (60°)
○ 주극풍 (60° ~ 90°) : 동풍
③ 해륙풍
④ 계절풍
○ 계절풍이 생기는 원인은 해륙풍이 발생하는 원인과 같음
○ 계절풍은 전향력의 영향을 받지 않음
○ 겨울철의 풍속이 여름철보다 빠름
⑤ 산풍, 곡풍
○ 산측풍
○ 평형풍
○ 정상산곡풍
⑥ 편서풍 파동
○ 원인 : 위도별 기온차, 전향력
○ 역할 : 위도별 에너지 불균형 해소, 온대 저기압과 이동성 고기압의 발생
○ 중위도와 북극 사이에는 강한 편서풍이 불고 있음 : 지구의 회전으로 인해 생성된 난류 파동
○ 그림 해석
○ 오른쪽, 아래쪽, 왼쪽, 위쪽이 각각 동, 서, 남, 북에 해당
○ 북쪽으로 솟은 부분을 기압마루, 남쪽으로 솟은 부분을 기압골이라고 함
○ A : 기압마루에 해당. 속력이 빠름 (∵ 고기압성 경도풍)
○ B : A에서 갑작스럽게 빨라진 풍속으로 B에서 하강기류가 유도돼 지상이 고기압이 됨 (이동성고기압)
○ C : 기압골에 해당. 속력이 느림 (∵ 저기압성 경도풍)
○ D : C에서 속력이 느려 D에서 상승기류가 유도돼 지상이 저기압이 됨. (온대저기압) 태풍이 발달하기도 함
○ 제트류(jet stream) : 중위도 상층 편서풍에서 속도가 가장 빠른 중심부. 대류권 계면에 위치
○ 종류 1. 아열대 제트류 : 위도 30도에 분포하는 제트류
○ 종류 2. 한대 전선 제트류 : 위도 60도 분포하는 제트류. 아열대 제트류보다 빠름
○ 중위도와 북극 사이의 기압차, 온도차가 강할수록 제트류는 강해지고 남북으로 커짐
○ 제트류의 풍속은 겨울철이 여름철보다 빠름 : 위도별 기온차가 겨울이 더 크기 때문
○ 겨울철에는 제트류가 남하하고, 여름철에는 제트류가 북상함
○ 제트류가 약해지는 경우 북극 찬 공기가 중위도로 쉽게 내려와 중위도에 한파나 폭설이 자주 발생함
⑦ 편동풍 파동
○ 팁. 편서풍 파동을 x축 반전시킨 것으로 이해하면 됨
○ 파동이 북쪽으로 돌출된 부분이 기압골
○ 상층 기압골의 동쪽의 지상부분에 저기압이 발달함
바람의 종류
(1) 상층에서 부는 바람
지표면의 마찰력이 작용하지 않는 높이 1km 이상의 상층 대기에서 부는 바람
① 지균풍 : 높이 1km 이상의 상층 대기에서 등압선이 직선으로 나란할 때 부는 바람이다.
작용하는 힘 : 기압 경도력과 전향력의 오른쪽 직각 방향으로 분다.
풍향 : 북반구의 경우 기압 경도력의 오른쪽 직각 방향으로 분다.
풍속 : 기압 경도력이 클수록 빠르고, 기압 경도력의 크기가 같은 경우에는 저위도 지방으로 갈수록 빠르다.
② 경도풍 : 높이 1km 이상의 상층 대기에서 등압선이 원형이나 곡선일 때 부는 바람이다.
작용하는 힘 : 기압 경도력과 전향력의 차이가 구심력으로 작용한다.
풍향
- 중심부가 저기압일 때 : 북반구에서는 시계 반대 방향, 남반구에서는 시계 방향으로 등압선과 나란하게 분다.
- 중심부가 고기압일 때 : 북반구에서는 시계 방향으로, 남반구에서는 시계 반대 방향으로 등압선과 나란하게 분다.
풍속 : 기압 경도력의 크기가 가은 경우, 중심부가 고기압일 때는 저기압일 때보다 전향력이 크므로 풍속이 더 빠르다.
- 중심부가 저기압일 때 : 전향력 = 기압 경도력 - 구심력
- 중심부가 고기압일 때 : 전향력 = 기압 경도력 + 구심력
(2) 지상에서 부는 바람
지표면의 마찰력이 작용하는 높이 1km 이하의 대기 경계층(마찰층)에서 부는 바람
①등압선이 직선일 때의 지상풍 : 높이 1km 이하의 지표면 부근에서 등압선이 직선일 때 부는 바람이다.
작용하는 힘 : 기압 경도력, 전향력, 마찰력이 작용하는데, 전향력과 마찰력의 합력이 기압 경도력과 평형을 이룬다.
풍향 : 마찰력 때문에 등압선과 비스듬하게 기압이 높은 쪽에서 기압이 낮은 쪽으로 분다. 지상풍은 북반구에서는 기압 경도력에 대하여 오른쪽으로 비스듬하게, 남반구에서는 기압 경도력에 대하여 왼쪽으로 비스듬하게 분다.
② 등압선이 원형일 때의 지상풍 : 마찰력이 작용하지 않는 상공에서는 바람이 등압선과 나란하게 불지만, 마찰력이 작용하는 지상에서는 바람이 등압선에 비스듬하게 분다.
③ 마찰층(대기 경계층)과 자유 대기
마찰층(대기 경계층) : 지표면 마찰의 영향이 작용하는 지상 약 1km 높이까지의 대기층으로, 바람이 등압선을 가로질러 비스듬하게 분다.
자유 대기 : 지표면 마찰의 영향을 받지 않는 곳으로, 지상에서 약 1km 이상의대기층이며, 바람이 등압선과 나란하게 분다.
※ 지상풍
지표면의 마찰력이 작용하는 높이 1km 이하에서 부는 바람
※ 지상풍의 풍향
지상풍은 지균풍과 달리 마찰력에 의해 등압선과 각도를 이루며 불게 되므로 고압부에서 저압부로 비스듬하게 분다.
※ 마찰층(대기 경계층)
지표면의 마찰력이 바람에 영향을 미치는 대기층이다.